反艦導彈毫米波主被動復合制導導引頭設計探討

摘 要：介紹了毫米波主被動復合制導的主要性能和主被動復合的三種方式，分析了毫米波主被動復合制導既可以充分發揮毫米波主動雷達的反隱身能力，又可以發揮毫米波被動雷達探測距離相對較遠的優點，在此基礎上提出了一種新的毫米波主被動復合制導導引頭設計方案，該設計方案通過毫米波主被動雷達信息融合處理技術，提高了抗干擾能力和目標識別能力，可以實現對目標的精確打擊。

關鍵詞：精確制導武器；毫米波；復合制導；導引頭

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0304303

Passive Compound Guidance Detection Unit Design Study of

Certain Mould Air to Ship Missile Seeker

LI Xiangping，LI Shizhong，ZHANG Gang，LI Yakun

(Naval Aeronautical Engineering Institute，Yantai，264001，China)

Abstract：The paper introduces passive hybrid three kinds of methods of major function with owner of passive compound guidance of millimetre wave owner in the character，and analyses the anti—stealth ability that the passive compound guidance of millimetre wave owner already can fully give play to the initiative radar of millimetre wave，can give play to the millimetre wave passive radar air intercept range to opposite to each other the far away merit again.Putting forward one kind of new passive compound guidance detection unit design proposal of millimetre wave owner，this design proposal mix together the processing technology by way of tip of a hair wave owner's passive radar information on this foundation，and raises antijamming ability and the target identification ability，and can realize the accurately strike to the objective.

Keywords：precision guided weapon;millimetre wave;compound homing guidance;seeker

隨著精確制導武器攻擊過程中遇到的對抗層次越來越多，對抗手段越來越復雜，目標的隱身、掠地攻擊和高速突防攻擊及多方位飽和攻擊戰術的使用，要求精確制導武器必須具有抗各種干擾的能力、識別真假目標的能力、對付多目標的能力和全天候作戰的能力[1]。采用非成像的單一尋的制導方式已不能很好地完成作戰任務。為了使導彈的導引頭在戰術運用上具有更大的靈活性，提高導彈系統的綜合抗干擾能力，提高導彈的命中精度，一般認為，采用多模復合尋的制導是一種現實而有效的技術途徑，而精確制導系統中采用毫米波主動與被動復合的雙模復合制導是復合制導的發展趨勢。

1 毫米波主被動復合制導的主要性能

毫米波技術是近年來發展十分迅速的高新科技，是導彈末制導的關鍵技術之一。由于毫米波在電磁波中介于微波和紅外之間，與微波相比，他波束窄、波長短，因而毫米波探測器具有較高的空間分辨力，較強的抗干擾能力和較好的低仰角探測特性，同時他體積小、重量輕，便于彈載使用；與紅外相比，盡管毫米波探測器精度沒有紅外高，但他受天氣和煙塵影響小，而且區分金屬目標和環境的能力強，因此毫米波探測技術在傳感器探測領域中有著很好的應用前景。

毫米波探測器的工作方式主要分為主動式和被動式兩種。主動探測即毫米波雷達探測，他不僅能探測目標的距離、方位和速度，而且能獲得良好的距離、角度和速度分辨力。毫米波雷達相對于微波雷達而言，更容易實現寬帶調制，具有精度高、抗干擾能力強、低仰角探測性能好等優點。但毫米波雷達在近距離作用時，容易產生目標閃爍效應，即復雜目標的多反射體散射的合成使得目標視在散射中心產生跳動。被動探測是基于毫米波輻射計原理，通過接收目標反射來自天空或地面輻射的毫米波能量，或接受目標輻射的毫米波能量，并與接收的天空或地面輻射的毫米波能量進行比較來工作的，當滿足一定的能量差和能量變化率時，就能判斷目標的存在。他不發射信號，工作頻帶寬，具有抗干擾能力強、隱蔽、無目標閃爍等優點，但由于作用距離較近，被動式探測器能獲得的目標信息量少。可見，毫米波主被動探測體制之間存在著優勢相互補充、缺點相互彌補的特點，因此毫米波主被動體制的復合成為發展的必然趨勢[2]。這樣不僅提高了探測距離、消除了目標閃爍效應，而且能夠獲得更豐富的目標信息。這就導致毫米波主、被動體制的復合成為當今以及今后毫米波探測系統研究的熱門話題。

2 毫米波主被動復合制導的3種方式

(1) 先主動探測后被動探測的尋的方式。該方式能早發現、識別和選擇目標，可以在惡劣條件下工作并可避免角閃爍的影響；

(2) 先被動探測后主動探測的尋的方式。該方式可以隱蔽探測，能在適當距離上對目標進行識別和跟蹤，還能實現全天候攻擊；

(3) 主被動交替轉換尋的方式。該方式依據導彈在攻擊的全過程中發生的變化，回避各自的弱點，采用毫米波雷達與寬帶被動制導交替轉換。在毫米波雷達受到各種干擾丟失目標后，制導轉換將自動切換到寬帶被動制導解算，實施制導；當干擾消失，毫米波雷達進入穩定跟蹤后，又自動切換到毫米波雷達制導解算，實施制導。毫米波主被動復合制導信號復合框圖如圖1所示。

圖1 毫米波主被動復合制導信號復合框圖

3 一種新的毫米波主被動復合導引頭的分析研究

現代空襲兵器不斷發展，突防樣式不斷變化，使得防空戰場環境變得更加復雜。為了提高反艦導彈的作戰效能，自動尋的戰術反艦導彈雷達尋的裝置每隔十年就有一次飛躍。縱觀反艦導彈的發展過程，可認為有四代:第一代是脈沖或連續波半主動尋的體制；第二代是連續波尋的體制和高水平半主動尋的體制；第三代是主動雷達尋的體制；第四代是多模復合尋的體制。現在世界各國都非常重視研究、發展雙模復合尋的制導技術，并且已卓有成效。正是基于上述原因，基于對毫米波主被動復合制導性能和主要方式的研究，提出了一種新的毫米波主被動復合制導導引頭的設計思路。

為滿足打擊精度需求，導彈采取毫米波主被動復合末制導體制。綜合考慮導彈的制導精度需求，降低截獲概率、提高抗干擾能力，決定遠距離采取寬帶被動制導方式，近距離采取毫米波主動雷達制導，并通過主被動雷達信息融合處理技術，提高抗干擾能力和目標識別能力，實現精確打擊。本方案的系統框圖如圖2所示。

毫米波主被動雙模導引頭系統主要包括：主被動共口徑天線；天線穩定平臺；毫米波發射機；主動雷達毫米波微波收發信道；寬帶被動雷達信道化接收機；主被動雷達實時信號處理機；二次電源；雷達結構；雷達對外接口。

圖2 毫米波主被動復合制導導引頭系統框圖

3.1 工作時序

導彈采用機載發射方式，初始與中段采用“捷聯慣導+衛星導航”復合制導方式，再入后采用“寬帶被動+毫米波主動”雙模復合末制導方式。主被動雙模導引頭制導系統采用全程制導方式，以提高打擊精度，導彈制導方式如圖3所示。

圖3 導彈制導方式

寬帶被動雷達從距目標100 km開機后一直工作。在目標距離100～30 km段，導彈主要依靠被動雷達提供的制導信息工作，在目標距離30 km時，毫米波制導雷達第一次開機工作3 s后關機，主動雷達此段工作主要是做“DBS成像”或單脈沖測角，用來識別目標。區分航母和其他艦船目標。導彈在主動雷達第—次關機到第二次開機之間的這段時間仍然是靠被動雷達制導，在目標距離10 km時主動雷達第二次開機，主動雷達此段工作主要是做“單脈沖測角三維成像和精確跟蹤”，此段的制導信息是依靠主被動信息融合后提供的信息制導。雙模復合導引頭的工作點在彈頭飛行末段，具體開機時間和工作模式切換時間根據飛行彈道、機動突防的要求以及基準圖選擇等因素確定。

3.2 工作方式

毫米波導引頭主被動復合末制導系統具備的工作方式：

(1) 寬帶被動探測方式

主動雷達不提供制導信息，只靠被動雷達的探測結果控制導彈。寬帶被動雷達采用信道化接收機對目標進行識別、分選，并根據打擊對象的威脅等級進行選擇跟蹤。

(2) 毫米波主動與寬帶被動探測復合工作方式

毫米波制導雷達和寬帶被動雷達同時工作，同時給出制導信息，通過主被動信息融合技術給出精確的制導信息。復合工作時間有兩段，第一段是毫米波主動雷達DBS成像時，通過“DBS成像”來做目標識別，區分航母和其他艦船目標，為被動雷達的目標識別、跟蹤提供輔助依據；第二段是毫米波主動雷達“單脈沖測角三維成像與識別”時，此時目標和雷達的距離已經很近了，主動雷達很容易受到海雜波干擾和敵艦的有源干擾，被動雷達可以為主動雷達提供輔助的目標信息，從而加強了主動雷達抗干擾的能力。

在敵方雷達關機或者被動雷達工作不正常的情況下，造成主動雷達開始工作時沒有打擊目標的初始位置，必須進行自動搜索，以便捕獲到打擊目標。由于打擊目標為活動目標，根據導彈飛行時間和目標的運動速度計算目標的逃逸半徑(按照目標的最快速度20 m/s計算，逃逸半徑為6 km)，確定主動雷達的搜索范圍。主動雷達采用柵狀搜索方式，如圖4所示。

圖4 主動雷達目標搜索方式示意圖

3.3 導引頭參數計算

(1) 主動雷達信噪比(S/N)計算[3]

主動雷達輸入端的信噪比可用下式計算：

式中：Pt為發射機的發射功率；G為主動雷達對信號的增益；λ為雷達工作波長；σT為目標的雷達截面積；R為雷達作用距離；k為玻爾茲曼常數:1.38×10－23 J/K；T0為基準溫度，290 K；B為接收機帶寬；F為接收機噪聲系數；LRF為射頻插入損耗。

由于雷達接收機內有各種信號處理電路，經處理后，接收機終端的信噪比將得到改善。他與(S/N)i的關系為:

式中，LP為信號處理損耗；τP為脈沖寬度；PRF為脈沖重復頻率；Ti為積分時間。

(2) 尋的雷達作用距離

設虛警概率Pfd=10－6，發現概率Pd=0.7，則要求信噪比為12 dB。根據此條件，則用式(1)，式(2)可算出導引頭的作用距離。

(3) 毫米波寬帶被動導引頭的作用距離[4]

基于毫米波輻射計原理的寬帶被動導引頭的作用距離計算式為:

(3)

其中：ηa為天線輻射效率；AT為目標在波束中被照面積；ΔTT為目標相對背景的對比溫度；GA為天線增益；ΔTmin為輻射計靈敏度；S/N為導引頭信噪比。

4 結語

多模復合尋的制導是當今反艦導彈的發展主流，毫米波的波長介于微波和紅外之間，在一定程度上兼有二者的優點，毫米波主被動探測體制之間存在著優勢相互補充、缺點相互彌補的特點，兩種體制的復合不僅提高了探測距離、消除了目標閃爍效應，而且能夠獲得更豐富的目標信息，因此毫米波主被動體制的復合成為反艦導彈導引頭發展的必然趨勢。

參考文獻

[1]李相平，李輝，劉宏，等.反艦導彈主被動復合制導導引頭設計探討[J].飛航導彈，2004(7):50—52.

[2]朱育飛.毫米波主被動復合探測系統幾個關鍵技術研究[D].南京：南京理工大學，2005.

[3]徐浩彭，張劍云，劉春生.毫米波主/被動雙模復合尋的制導技術[J].導彈與航天運載術，2006(3):18—20.

[4]劉躍龍.基于全功率輻射計的導彈毫米波被動引信[J].制導與引信，2007(3):21—24.

作者簡介

李相平 男，1963年出生，山東淄博人，教授，博士生導師。主要從事末制導雷達信息處理方面的研究。

李世忠 男，1980年出生，山西平遙人，碩士研究生。主要從事復合導引頭抗干擾評估方面的研究。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。